FREEDEE BLOG

A kicsit hangzatos nevű MI Űrgyárat megihlették a NASA űrotthonokra, marsi lakásokra kiirt pályázatai, amelyekben sok nyomtatott épület tetszetős tervrajza szerepelt, köztük a díjnyertes saját MARSHA is.

A cég ezúttal nem a világűrben, hanem az anyabolygóban gondolkozva, döntötte el, hogy 3DP szakismereteit környezetbarát ház építésénél hasznosítja.

A TERRA projektnek a természet ad otthont, az épület viszont csak néhány órára lesz az MI Űrgyár „földi bázisától”, New York Citytől.

Többek között abból az elszomorító tényből indultak ki, hogy az építőipar a környezetszennyezés egyik élharcosa. A klímaváltozás megállításáért és más „zöld” célokért a maiaknál sokkal fenntarthatóbb, természetbarátabb megoldások kellenének. A MARSHA tervezéséhez használt technológiával kivitelezendő „futurisztikus ökolakás” TERA pont ilyen. Újrahasznosított és 3D nyomtatott anyagokból áll, „életciklusa” végén a földbe komposztálható.

A projekt kihívás a mai építészeti paradigmák számára, mert az MI Űrgyár be akarja bizonyítani, hogy a fenntartható házak igenis kivitelezhetők.

„Az elképzelés a NASA nemrégi Centenáriumi Versenyéből jött, amelynek keretében újrahasznosított biopolimerből és bazaltrostokból 4,5 méter magas marsi lakóházat építettünk. Első helyezésünkkel a NASA felbátorított minket, hogy a Földön is keressünk megoldásokat. Természetesen az űrprojekteket is folytatjuk” – magyarázza David Malott, a cég vezérigazgatója és egyben főépítésze.

A MARSHA lakóépület tesztelése után a szerkezetet lebontották, és így lehetővé vált, hogy darabjait összeszedjék, majd a cég New Yorki létesítményébe szállítsák és ott nyersanyaggá őröljék, aztán a nyersanyagból megalkossák a földi projektet.

„Nem valószínű, hogy abbahagyjuk az építkezést. A világon 1,6 milliárdan élnek nem megfelelő körülmények között. Az urbanizáció újraformálja a bolygót, és nem úgy tűnik, mintha lelassulna. Napi 200 ezer ember költözik városokba. A bolygó forrásait kihasználjuk, de megpróbálunk vissza is adni valamit” – összegez Malott.

A Fraunhofer Társasághoz tartozó intézmények konzorciuma 2017 novemberében indította el a Következőgenerációs additív gyártás (futureAM) projektet. Céljuk a fémnyomtatás felgyorsítása, kb. a mai tízszeresére. A projekt négy elemből tevődik össze: ipar 4.0 és digitális feldolgozólánc, skálázható és robusztus additív gyártófolyamatok, anyagok, rendszertechnológia és automatizáció.

Bő egy évvel később jelentést tettek közzé az anyagkutatás területén végzett munkájukról.

Az iparág folyamatosan kísérletezik új anyagokkal, amelyeket azonban gyakran nehéz feldolgozni. A kutatók algoritmikus elemzéseket végeznek a mintákon, és az eredmények alapján paramétereket, optimális/maximális feldolgozási hőmérsékletet és más jellemzőket tartalmazó útmutatót készítenek különféle fémeket egyetlen szerkezetben összekombináló szuperötvözetekről.

Speciális technikára, alkatrészek közvetlen gyártására, görbe felületekre történő nyomtatásra, részek megváltoztatására és kijavítására egyaránt alkalmas, úgynevezett „generatív lézeres hegesztésre” összpontosítanak. A méretek akármekkorák lehetnek, a legkisebb felbontás 30 mikron.

A módszerrel acél, nikkel, kobalt, alumínium és karbid kompozitok dolgozhatók fel, a kutatók jelenleg a magas hőmérsékletet tűrő titán-alumínium és nikkelalapú anyagokon dolgoznak.

A leendő alkalmazásokat illetően, a légjárműiparban mindkét anyagcsoport nagyon hasznos.

A leghatékonyabb és leggazdaságosabb megoldásokhoz próbálnak drága és olcsó anyagokat ugyanabban a részben kombinálni. A technikával többféle por dolgozható fel egyszerre; a drága és a hőnek jól ellenálló anyagokat csak magas hőmérsékleten célszerű alkalmazni, máskor a kevésbé költségesek is megfelelnek.

Az új anyagok nyomtatási módját mesterséges intelligenciával és gépi tanulással lehet a legpontosabban kidolgozni. Az algoritmusok szenzorok mérési adatait gyűjtik és hasonlítják össze, majd az összehasonlítás alapján megállapítják az optimális megoldást. A folyamat paramétereinek kiértékeléséhez munkafolyamatokat, hőmérsékletet és az intézet adatbázisában lévő anyagok tulajdonságait dolgozzák fel. A 3D nyomtatórendszer így tanulja meg a döntéshozást, hogy aztán automatikusan változtasson a hőmérsékleten és más részleteken.

Az MI nehezen feldolgozható anyagok hibátlan nyomtatásában segít. A kutatás alapján készülő első termékek 2020 nyarán kerülhetnek kereskedelmi forgalomba.

Az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói puha szövetekkel, például a bőrrel és az inakkal is „kompatibilis” nyomtatható hálószerű anyagokat dolgoztak ki. Ezek az anyagok orvosi eszközökhöz, viselhető technológiákhoz és implantátumokhoz egyaránt használhatók.

„A munka annyiban új, hogy a puha szövetek támogatásához szükséges mechanikus tulajdonságokra és geometriákra összpontosít. A nyomtatott ruhák és eszközök általában nagyon alaktalanok. Azon gondolkoztunk, hogy hogyan printelhetünk rugalmasabb és kényelmesebb darabokat, például textíliákat” – magyarázza a kutatást vezető Sebastian Pattinson.

Az inspirációt az állatvilág egyik legelterjedtebb fehérjéje, a kollagén jelentette. Pattinson és munkatársai nyújtható, összehajtható, de azért masszív, az emberi testhez passzoló, hordható és személyre szabható textíliákban gondolkoztak.

A kollagén szerkezete görbe, összefonódó lehet, fonott szalagokat is utánozhat, és végül hőre lágyuló poliuretánt használtak, azzal nyomtattak hálószerű szerkezeteket. Minél nagyobbra tervezték a háló hullámszerű formáit, az anyag, mielőtt keményebbé vált, annál nyúlékonyabbnak bizonyult. Ez alapján dolgozták ki a matériák puha szöveteket utánzó rugalmasságát.

Az MIT-s gépészmérnök John Hart szerint a technika egyszerű és átlátható, ilyen hálók sima asztali gépeken is nyomtathatók.

A teszteken az önkéntes alanyok könyökét védő szerkezeteket printeltek. Az anyagot úgy dolgozták ki, hogy a testrész mozgását minimálisan se akadályozzák. A tervezésben robot is közreműködött. Végül a tapasztalatok alapján módosítottak a hálón. Az új kombináció megakadályozza a könyökben, térdben és lágyékban lévő izmok túlfeszülését.

Pattinson szerint anyagaikból az emberi testtel érintkező sokféle „interfész”, például sebészi sztent is készíthető.

Az ipari printereket és nyomtatóanyagokat gyártó, 3D szolgáltatásokat kínáló német voxeljet 2014-ben fával, faporral kísérletezett; a cég gépein állítottak elő homokkő-öntőformákat, 2016-ban régi (1969-es) Ferrari versenyautó modelljét printelték, de kísérleti házakat is terveztek, építettek fel náluk.

A voxeljet a 3DP egyik meghatározó szereplője, nagyméretű és nagyon gyors gépeket gyárt, kérés szerint (on-demand) alakít ki részeket, s nyújt szerteágazó szolgáltatásokat. A cég hamarosan nyilvánosan bemutatja új technológiáját, amelynek a VJETX rendszer a központi eleme.

A bemutatóra a június 25. és 29. között Düsseldorfban megrendezésre kerülő GIFA show-n kerül sor. Az esemény az öntőtechnológiák egyik legnagyobb vására a világon.  

A rendszerrel közvetlen és közvetett tömeggyártás egyaránt kivitelezhető, előbbi homokalapú, utóbbi fémalapú termékek esetében.

A cég szerint a hagyományos öntésbe integrálva, az új printerekkel lehet majd leghatékonyabban és legolcsóbban önteni homokalapú fém alkatrészeket. A gépek tízszer gyorsabbak a korábbi modelleknél. Egy-egy réteg printelése akár öt másodperc alatt kész. A folyamat környezetbarát, a nyomtatót a zéró kibocsátás elvének megfelelően dolgozták ki.

A rendszer tökéletesen passzol az automatizált gyár koncepcióhoz, jól illik a teljesen autonóm elő- és utókezelő megoldásokhoz, például anyagokkal való feltöltéshez, nyomatok tisztításához stb.

A rendszer szíve a tömeges gyártást garantáló feldolgozó egység, több nyomtató és újrarétegező egységek döbbenetesen gyors kombinációja. Összességében a jelen egyik legfejlettebb additív gyártórendszeréről van szó.

A technológiát egy meg nem nevezett német autógyártó fogja elsőként használni, 2019 második felében két rendszert, a következő tíz évben pedig további húsz-harmincat üzemelnek be. Belső égésű motorok, elektromos motorok, akkumulátorok és áramátalakítók hőmérsékletét kezelő eszközöket, terveznek gyártani velük.

Az angol állami vasúttársaság mellett más európai vasúti cégek szintén próbálják alkalmazni at additív gyártást.

A Deutsche Bahn a szintén német GEFERTEC 3D fémnyomtató-fejlesztő és beszállító technológiájával állít elő pótalkatrészeket. Az új technikát pilotprojektként tesztelik, régebbi mozdonyok nehezen előállítható, már nem gyártott stb. darabjait kivitelezték vele.

A Deutsche Bahn 2016 óta érdeklődik az additív gyártás iránt. Az érdeklődés a Mobilitás additívvá válik projektet eredményezte, amely az egymilliárd dolláros vasúti szállítócég logisztikájának digitalizálását célozza, benne a pót-/tartalék-alkatrészekét is.  

Az egyik esettanulmányt a több mint 50 esztendeje működő Class 294 mozdonnyal végezték. Egy kerék-csapágyfedélen dolgoztak, az eredeti öntvény átmérője 374, magassága 78 milliméter, tömege 11,5 kilogramm volt.

Az alkatrész elkészítése hagyományos megoldásokkal kb. kilenc hónap, és ha hiányzik, a gépolaj kifolyhat a kerékből, komoly károk keletkezhetnek.

Az ipari szerszámokat és gépeket gyártó Rolf Lenk besegített a Deutsche Bahnnak, és nagyon jó minőségű nyomatok készültek. Az alkatrész tervrajzát a vasúti cég digitális raktárában őrzik.

3D fémnyomtatással könnyebb lesz megtalálni hiányzó vagy elromlott alkatrészeket, a csere sokkal gyorsabban kivitelezhető. A technikával lényegesen csökkennek a gyártási költségek, akárcsak a munka közben generált „széndioxid-lábnyom,” a károsanyag-kibocsátás.

Tina Schlingmann, a Deutsche Bahn egyik szakértője szerint a megközelítés kifejezetten pozitív hatással van a környezetünkre.

A GEFERTREC módszerével óránként akár 600 köbcentis tárgyak is készíthetők, a technikát különösen rozsdamentes acélhoz, nikkelhez, titánhoz és alumíniumhoz ajánlják. Hagyományos megoldásokkal összevetve, a fémveszteséget 100 százalékkal csökkentik, míg a költségeken akár 60 százalék is spórolható.

A technológia tökéletesen passzol a Deutsche Bahn elképzeléseihez, „Ez zöld” című környezetvédelmi kampányához.

A nagyméretű 3D nyomtatásról ismert berlini BigRep bemutatta a világ első teljesen printelt „zöld” falát, a BANYAN Eco Wallt.

A fal a BigRep Innovációs Tanácsadója, a NOWLAB és három tervező (Mirek Classen, Tobias Storz, Lindsay Lawson) közös alkotása, és egyelőre ugyan csak prototípus, de tökéletesen működik, a rajta és benne élő növényeket beágyazott vízellátó és szárítórendszer tartja fenn.

A szerkezetbe más környezetbarát megoldásokat is integráltak.

A multifunkcionális fal a növények fenntartása mellett a víz „ellátórendszereként” is működik. Eleve úgy optimalizálták, hogy a zöldek „a helyükre” kerüljenek, és az egész természetes elemekből felépített környezetbarát installáció legyen.

Hasonló falakat korábban is építettek, a berlini alkotás különlegessége, hogy teljes mértékben 3D nyomtatással készült, míg az eddigiek fémből előállított locsoló- és szárítórendszereit beszerelték a nyomatba.     

Az alkotást növények részei, gyökereik, szirmaik és leveleik inspirálták, a működtető rendszer „mikrozuhanyt” tartalmazó belső csatornákból áll. Ezek a csatornák garantálják a növények hajszálpontos, automatikus öntözését. A fal bonyolult geometriáját generatív tervező szoftverrel alakították ki.

„A természet alapelveit ilyen összetett, intelligens és elegáns módon csak additív gyártással érvényesíthettük, hagyományos eljárásokkal, mint a fröccsöntés vagy a marás kivitelezhetetlen a komplexitásnak ez a szintje” – nyilatkozta Stephan Beyer, a BigRep vezetője.

Daniel Bünning, a NOWLAB ügyvezető igazgatója a generatív tervezőszoftver szerepét hangsúlyozta ki. A gyors iteratív folyamat rengeteget segített az optimalizálásban, és biztosította a szerkezet nyomtathatóságát, stabilitását. A beágyazott funkciókat, például a nagyvárosi vertikális mezőgazdaságban is hasznosítható öntöző- és szárítórendszert külön kiemelte.

A HP (Hewlett-Packard) jelentősége felbecsülhetetlen a 3D nyomtatásban – speciális Multi Jet Fusion technológiájával forradalmasította a területet, a fémnyomtatásban szintén fontos szereplő, a cég a világ szinte minden részén jelen van.

Az eredmények azért is bámulatosak, mert a hagyományos, 2D nyomtatás meghatározó nagyvállalataként nem siette el színrelépését a 3DP világában. Majdnem minden ezirányú fejlesztésük a klasszikus tárgykészítő ipari és más módszerekkel kivitelezhetetlen objektumokat (is) előállító korszakos Multi Jet Fusion megoldásuk köré épül.

Legújabb létesítményük, a kb. 14 ezer négyzetméter területű barcelonai Digitális Gyártás Kiválósági Központ három focipálya nagyságú, ahol kutatók, fejlesztők végezhetik munkájukat, dolgozhatnak a jövő újdonságain, a HP műanyag- és fémalapú rendszerein, anyagokon, fémgyártáson, találkozhatnak partnereikkel és fogyasztókkal, és vitathatják meg a negyedik ipari forradalom éppen aktuális vívmányait.

A projekteken többszáz szakértő dolgozhat, munkájuk a rendszertervezéstől az adattudományig, a szoftverfejlesztéstől a nyomtatóalkalmazásokig, szinte minden 3DP-vel kapcsolatos témára, területre és határterületre kiterjed.

A HP a tervezői ciklus felgyorsítását, új termékeket, magasabb szintű fenntarthatóságot, hatékonyabb ellátási láncokat, és mindezek, valamint az együttműködés és az alkotótevékenység promótálását várja a kiválósági központtól.

A nagyvállalat számít több együttműködés (BASF, GKN Metallurgy, Siemens, Volkswagen) folytatására, és a 3DP, a digitális gyártás ezen együttműködések általi folyamatos megújítására. A cég egyik legnagyobb k+f létesítményeként, bíznak benne, hogy az új központ az eddigiek (Corvallis – Oregon, Palo Alto – Kalifornia, Vancouver, Szingapúr) munkáját is segíteni fogja.

Magát a központot a környezetbarát és a fenntartható fejlődés elvei alapján építették fel.

A Rolls-Royce nemcsak folytatja a 3D nyomtatótechnológiák alkalmazását, hanem bővíti is az alkalmazott megoldások körét. Ezúttal az ipari additív gyártás egyik főszereplőjétől, a többek között többlézeres gépeket fejlesztő német SLM-től szerzett be négyet a piacon 2013 óta jelenlévő SLM 500 printerből.

Az autógyártó most nem szárazföldi járműveire, hanem repülő-alkatrészek előállítására gondolt. Kevésbé köztudott, de a Rolls-Royce ezen a területen is minőségi munkákat végez.

Az SLM 500, a cég legismertebb terméke nagyvolumenű folyamatokra a legalkalmasabb. Az anyagellátás automatizált, a működtetőnek minimálisan kell csak beavatkoznia a precíziós nyomtatásba.

Légjármű-ipari darabok előállításánál biztonsági okok és persze a hitelesítés miatt más területeknél is jobban kell ügyelni a pontosságra, amihez különleges gépek kellenek.

„A Rolls-Royce nagyon jó munkát végez a fejlett additív gyártásban. Megközelítésük naprakész, szakértői csapatuk döbbenetesen komplex 3DP megoldásokon dolgozik. A nyomatok szigorú légjármű-ipari tanúsítványának kiadását biztosító technikai megoldásokon dolgozunk, és a Rolls-Royce-nak minőségi gépeket beszállító partnerre van szüksége” – jelentette ki Meddah Hadjar, az SLM Solutions Group AG ügyvezető igazgatója.

A minőségi elvárások mellett természetesen a termelékenység is nagyon fontos szempont. A négy új géppel és a belső gázáramlás kontrolljával biztosított a folyamatos munka, a tökéletesen ellenőrzött munkakörnyezet.

„Nagyon örülünk az együttműködésnek, és hogy használhatjuk az SLM printereit. Egylézeres gépekkel szerzett tapasztalataink többlézeres nyomtatókon való hasznosításához szükségünk van az azokat szolgáltató céggel való szoros együttműködésre” – nyilatkozta a Rolls-Royce additívgyártás-részlegét vezető Neil Mantle.

A legendás autógyártó az SLM Solutions bétafogyasztói programjának egyik partnere. A program keretében új gépalkatrészeket, kiegészítőket fejlesztenek.

A gyártóiparban egyre gyorsabban terjed a 3D nyomtatás. A technológiával lényegében minden méretű és fajtájú tárgy előállítható, sokkal nagyobb a tervezői szabadság, termékek egyénibbre alakíthatók ki, folyamatos az innováció.

Egyes nyomtatóeljárások már teljesen bevettek, mainstream ipari technikákká váltak. A 3D mikrogyártás területén, azaz nano- és mikroméretű szerkezetek előállításában viszont még nagyon érzékelhető, hogy a kezdeteknél tartunk: egyelőre főként a prototípuskészítésen a hangsúly, de foglalkoznak már eszközök előállításával és kisszériás gyártással is.

Ne felejtsük el, hogy teljesen más, a bevett gyakorlatnál sok-sok nagyságrenddel kisebb mérettartományról van szó.

A terület élenjárója a német Nanoscribe speciális 3D nyomtatókat és fejlett szolgáltatásokat kínál a „haladó” 3D mikrogyártáshoz.

A cég Photonic Professional GT2 rendszerével mikron alatti méretben lehet részeket, egészen különleges (lyukacsos, görbe, egyenes, sima stb.) tárgyakat előállítani. A 3DP más alkalmazásaihoz hasonlóan, a tervezői szabadság a mikrogyártásban is fontos, a korábbi korlátok túllépéséhez nélkülözhetetlen tényező.

Az alap az automatizált kétfotonos polimerizáció (2PP), amellyel egyszerű és bonyolult, organikus stb., maximum 100 köbmilliméteres formák dolgozhatók ki.

A Nanoscribe mikrogyártás megoldás csomagja precíziós optikákon, sokféle anyagon, speciális alkalmazásokhoz kidolgozott szoftverlehetőségeken alapul. Jelenleg ez a csomag felel meg legjobban a 3D mikrogyártás szigorú követelményeinek, máskülönben a megfelelő hardver-, szoftver- és nyomtatóanyag-kombináció megtalálása komoly kihívásokkal járó, időigényes folyamat lehet.

Elektronika, áramkörök és szenzorok 3D nyomtatása sokáig kivitelezhetetlennek tűnt. Ma már több helyen próbálkoznak vele, és a próbálkozásokat egyre inkább siker koronázza.

Az Airbus Csoport védelmi részlegének elektronikával foglalkozó csapatából kinőtt, németországi székhelyű Hensoldt multinacionális nagyvállalat biztonsági és védelmi csoportja az érzékelőtechnológiákra specializálódott, jelenleg a terület egyik meghatározó szereplőjének számítanak.

Legutóbb az elektronikai termékek nyomtatásával foglalkozó izraeli Nano Dimension-nel léptek partneri kapcsolatba, amelynek keretében a kaliforniai és hongkongi irodával is rendelkező 3DP cég különleges DragonFly printerét használják.

„Fogyasztóinkat a legjobb minőségű csúcstechnológiás újdonságokkal szeretnénk ellátni. Alkalmazásfejlesztéseinket a Dragonfly gépek máris felgyorsították” – nyilatkozta Thomas Stocker, a Hensoldt vezető mérnöke.

Az együttműködéstől rövidebb termékfejlesztési ciklusokat várnak. A 3DP, a speciálisan elektronikus dolgokra kitalált Dragonfly biztosítja a következőgenerációs tervezési módszerekkel való kísérletezést, lehetővé teszi hagyományos eljárásokkal megvalósíthatatlan termékek kivitelezését.

Ezek a termékek, például szenzorok teljesen egyénire dolgozhatók ki, mindent a megrendelő igényei szerint alakítanak rajtuk. Teljesül az áramkörök nyomtatásának egyik feltétele: csökkenthető a munkafolyamat lépéseinek száma.

Nyomtatott áramköri lapokkal (printed circuit boards, PCB) mások szintén foglalkoznak. A NASA űrmissziókhoz dolgoz ki egyedi többszenzoros megoldásokat, az amerikai légierő pedig speciális antennarendszerek kialakításához használja a technológiát.

A Dragonfly printert már több területen alkalmazták – rádiófrekvenciás (RF) űrrendszereket, okos otthonokba kerülő „dolgok internete” (Internet-of-Things, IoT) kommunikációs eszközöket készítettek vele.

„Örülünk, hogy segíthetünk a Hensoldt mérnökeinek. Közös munkánk az additív gyártás elektronikai alkalmazásának megváltozásához vezethet” – jelentette ki Amit Dror, a Nano Dimension igazgatója.